文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼: A
DOI:10.16157/j.issn.0258-7998.2018.S1.055
0 引言
隨著南寧電網(wǎng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大,電力資源進(jìn)一步優(yōu)化配置,以及客戶全方位服務(wù)工作的全面深化開展,電網(wǎng)的可靠運(yùn)行迎來(lái)了新的挑戰(zhàn)。配電網(wǎng)作為電力系統(tǒng)面向用戶的最后一個(gè)環(huán)節(jié),它對(duì)用戶供電可靠性具有最直接的影響。配電用戶對(duì)于供電可靠性要求越來(lái)越高,供電局內(nèi)部對(duì)于供電可靠性的考核也愈發(fā)嚴(yán)格。如何能夠做到事前評(píng)估、事中預(yù)防、事后統(tǒng)計(jì),從規(guī)劃到運(yùn)行各個(gè)階段實(shí)現(xiàn)對(duì)可靠性的有效管理,從根本上提高配電網(wǎng)運(yùn)行的可靠性水平,具有重大的理論研究和現(xiàn)實(shí)意義。
伴隨著電網(wǎng)規(guī)模的擴(kuò)大,每次停電故障可能造成的平均負(fù)荷損失也隨之增大。因此,改進(jìn)可靠性預(yù)測(cè)算法,優(yōu)化可靠性建模方法,提高電網(wǎng)可靠性,確保電網(wǎng)緊急安全運(yùn)行已成為配電網(wǎng)運(yùn)行當(dāng)前面臨的緊迫問(wèn)題。本文提出一種配電網(wǎng)可靠性模糊建模的精確化方法,綜合考慮電網(wǎng)各種因素的內(nèi)在聯(lián)系以及網(wǎng)絡(luò)特性的質(zhì)變體現(xiàn)到電網(wǎng)的拓?fù)浣泳€,從而克服通常采用與負(fù)荷預(yù)測(cè)相似的方法進(jìn)行可靠性預(yù)測(cè)時(shí)的各種缺點(diǎn)。
1 配電網(wǎng)可靠性預(yù)測(cè)
通常根據(jù)數(shù)據(jù)來(lái)源的精確性和接口的方便性,將未來(lái)電網(wǎng)的可靠性采用模糊建模的方式進(jìn)行預(yù)測(cè),數(shù)據(jù)來(lái)源于可靠性管理系統(tǒng)、配網(wǎng)詳細(xì)規(guī)劃以及檢修計(jì)劃、基建計(jì)劃、技改計(jì)劃和業(yè)擴(kuò)計(jì)劃。
現(xiàn)有的可靠性評(píng)估預(yù)測(cè)算法報(bào)道很少,本文借鑒負(fù)荷預(yù)測(cè)的相關(guān)分析法對(duì)可靠性指標(biāo)進(jìn)行預(yù)測(cè)。
1.1 傳統(tǒng)可靠性預(yù)測(cè)算法
可靠性預(yù)測(cè)相關(guān)分析法的計(jì)算模型如下:
1.2 模糊建模算法的優(yōu)缺點(diǎn)
可靠性預(yù)測(cè)模糊建模算法的優(yōu)點(diǎn)是:
(1)建模簡(jiǎn)單:只需每年滾動(dòng)輸入若干電網(wǎng)相關(guān)參數(shù)和計(jì)劃停運(yùn)等相關(guān)信息即可進(jìn)行可靠性預(yù)測(cè)。
(2)求解簡(jiǎn)單:方程規(guī)模小,求解速度快。
可靠性預(yù)測(cè)模糊建模算法的缺點(diǎn)是:
(1)需要大量的歷史數(shù)據(jù):從可靠性預(yù)測(cè)算法模型來(lái)看,最少需要3~5年的電網(wǎng)可靠性歷史數(shù)據(jù)、電網(wǎng)特性數(shù)據(jù)和計(jì)劃停運(yùn)數(shù)據(jù),如果在一個(gè)新的地方開展可靠性預(yù)測(cè),很多歷史數(shù)據(jù)由于獲取困難,而導(dǎo)致這種預(yù)測(cè)方法的精確度很差。
(2)無(wú)法體現(xiàn)不可量化因素對(duì)建模的影響:采用模糊建模方法只能考慮電網(wǎng)的可量化因素,而不可量化因素很難體現(xiàn)。
(3)各相關(guān)因素的內(nèi)在聯(lián)系無(wú)法體現(xiàn):比如一個(gè)手拉手或多聯(lián)絡(luò)接線方式占100%的網(wǎng)絡(luò),其可靠性指標(biāo)與線路的故障和計(jì)劃停運(yùn)因素相關(guān)度較小,而這樣的網(wǎng)絡(luò)在模糊建模時(shí)線路主干線長(zhǎng)度并不會(huì)有多大的影響,但模型中考慮這個(gè)因素時(shí)所需的歷史數(shù)據(jù)就需要更多才能表現(xiàn)出這種內(nèi)在的關(guān)系對(duì)預(yù)測(cè)結(jié)果的影響。
(4)只能體現(xiàn)量變,無(wú)法體現(xiàn)質(zhì)變:當(dāng)可靠性指標(biāo)變化平衡,電網(wǎng)特性參數(shù)和計(jì)劃停電情況變化平衡的情況下,采用這種模型預(yù)測(cè)精確較高;但電網(wǎng)特性發(fā)生本質(zhì)上的變化時(shí),可靠性指標(biāo)會(huì)發(fā)生質(zhì)的飛躍,這時(shí)模型的精度就會(huì)很低。
2 可靠性模糊建模的精確化方法
鑒于采用類似于負(fù)荷預(yù)測(cè)的方法進(jìn)行可靠性預(yù)測(cè)所面臨的問(wèn)題,結(jié)合可靠性研究經(jīng)驗(yàn),本文開創(chuàng)性地提出一種可靠性模糊建模的精確化方法。
可靠性無(wú)法精確建模的原因是網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)不確定,或由于建立詳細(xì)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)所需的人工工作量過(guò)大,限制了這種方法的使用。在采用模糊建模時(shí)電網(wǎng)的特性參數(shù)是在電網(wǎng)詳細(xì)規(guī)劃報(bào)告中容易提取的數(shù)據(jù),包括電纜平均長(zhǎng)度X1(km/條),架空線平均長(zhǎng)度X2(km/條),絕緣化率X3(%),可轉(zhuǎn)供電率X4(%),環(huán)網(wǎng)率X5(%),架空線平均分段數(shù)X6(段),電纜平均分段數(shù)X7(段),平均每條干線分支數(shù)X8(條),平均分支線長(zhǎng)度X9(km/條),平均每條干線配電變壓器臺(tái)數(shù)X10(臺(tái)/條),平均每條支線配電變壓器臺(tái)數(shù)X11(臺(tái)/條),配電變壓器平均容量X12(kVA/臺(tái)),配電變壓器平均負(fù)載率X13(%),主干線平均負(fù)載率X14(%),電纜線路型號(hào)X15,架空線路型號(hào)X16。
為克服傳統(tǒng)可靠性預(yù)測(cè)方法所表述的問(wèn)題,可將上述平均指標(biāo)具體化成一個(gè)特定的小規(guī)模網(wǎng)絡(luò),這個(gè)網(wǎng)絡(luò)具有上述電網(wǎng)的參數(shù)特性,然后對(duì)這個(gè)特定的網(wǎng)絡(luò)接線采用精確化可靠性評(píng)估的方法進(jìn)行評(píng)估。
從可行性上來(lái)看,由于網(wǎng)絡(luò)建模規(guī)模小,采用人工搭建電網(wǎng)可靠性仿真計(jì)算模型所耗費(fèi)的時(shí)間較少,切實(shí)可行。
從合理性上來(lái)看,當(dāng)小型網(wǎng)絡(luò)具有大網(wǎng)絡(luò)的平均電網(wǎng)特性后,這個(gè)網(wǎng)絡(luò)每個(gè)負(fù)荷點(diǎn)的可靠性數(shù)據(jù)就與大網(wǎng)絡(luò)各個(gè)負(fù)荷點(diǎn)的平均可靠性數(shù)據(jù)近似。也就是說(shuō)兩個(gè)電網(wǎng)的用戶平均停電次數(shù)和用戶平均停電時(shí)間是近似的,從系統(tǒng)的7項(xiàng)可靠性指標(biāo)的求解公式來(lái)看,這兩項(xiàng)指標(biāo)相近,其他指標(biāo)也是相近似的,因而合理。
從效益性方面來(lái)看,由于采用與負(fù)荷預(yù)測(cè)相似的方法進(jìn)行可靠性預(yù)測(cè)時(shí),電網(wǎng)特性參數(shù)每個(gè)地區(qū)不盡相同,其蘊(yùn)涵的規(guī)律也是不一樣的,而可靠性指標(biāo)的變化蘊(yùn)涵在這些數(shù)據(jù)中,因此,用于可靠性預(yù)測(cè)的歷史庫(kù)不具有普適性。而采用模糊建模的精確化方法,可建立大量的電網(wǎng)模型庫(kù),可靠性指標(biāo)變化蘊(yùn)涵的特點(diǎn)具體化成特定的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣泳€數(shù)據(jù),不僅表現(xiàn)為數(shù)據(jù)表面的變化,電網(wǎng)各因素的內(nèi)在聯(lián)系和網(wǎng)絡(luò)特性的質(zhì)變通過(guò)可靠性的精確建模的計(jì)算來(lái)體現(xiàn),因此這種模型庫(kù)更具有普適性,其規(guī)模效益非常明顯。
3 精確化方法的實(shí)施方案
3.1 兩種實(shí)施方案
可靠性模糊建模的精確化實(shí)施方案可參考以下兩種方式。以廣西供電局為例,分別說(shuō)明兩種方式的具體實(shí)施流程。
(1)方式一:適用于技術(shù)力量薄弱的供電局。這種方式無(wú)需該公司專門配置可靠性技術(shù)人員,可靠性電網(wǎng)模型庫(kù)由技術(shù)力量雄厚的廣西供電局統(tǒng)一建模、發(fā)布,分區(qū)供電局的技術(shù)人員只需要按要求錄入數(shù)據(jù),即可實(shí)現(xiàn)可靠性預(yù)測(cè)。
具體實(shí)施流程如圖1所示。
(2)方式二:適用于可配置專門技術(shù)人員進(jìn)行可靠性評(píng)估的分區(qū)供電局。這種方式由可靠性評(píng)估的技術(shù)人員按照電網(wǎng)特性參數(shù)采用圖模一體化的方式進(jìn)行電網(wǎng)建模。這種方式的優(yōu)點(diǎn)是評(píng)估結(jié)果更加精確,而且可為廣西供電局的可靠性電網(wǎng)模型庫(kù)進(jìn)行擴(kuò)充,若每年每個(gè)供電局為省網(wǎng)公司提供一個(gè)可靠性電網(wǎng)模型,那么廣西供電局的可靠性電網(wǎng)模型庫(kù)將非常豐富。這種方式為可靠性評(píng)估預(yù)測(cè)及輔助決策系統(tǒng)的廣泛使用提供了靈活性。
具體實(shí)施流程如圖2所示。
3.2 建模實(shí)例
經(jīng)過(guò)反復(fù)建模、計(jì)算并與實(shí)際網(wǎng)絡(luò)可靠性精確計(jì)算結(jié)果相比較,得出如下模糊建模所需的電網(wǎng)特征及參數(shù)如下:
· 電纜化率。
· 可轉(zhuǎn)供電率。
· 環(huán)網(wǎng)率。
· 主干線平均長(zhǎng)度。
· 主干線平均分段數(shù)。
· 平均每條干線分支數(shù),分支線平均長(zhǎng)度。
· 主干線上配變總臺(tái)數(shù),分支線上配變總臺(tái)數(shù)。
· 配電變壓器平均容量,配電變壓器平均負(fù)載率。
· 電纜、架空線路型號(hào)。
采用圖模一體化方法在電力矢量圖編輯系統(tǒng)上進(jìn)行建模,建模過(guò)程以下例進(jìn)行說(shuō)明。
某電網(wǎng)電纜平均長(zhǎng)度X1=3.1(km/條),架空線平均長(zhǎng)度X2=3.5(km/條),電纜化率X3=92(%),可轉(zhuǎn)供電率X4=85%,環(huán)網(wǎng)率X5=90(%),架空線平均分段數(shù)X6=2.5(臺(tái)),電纜平均分段數(shù)X7=2.5(臺(tái)),平均每條主干線分支數(shù)X8=1(條),平均分支線長(zhǎng)度X9=1.7(km/條),平均每條干線配電變壓器臺(tái)數(shù)X10=13(臺(tái)/條),平均每條分支線配電變壓器臺(tái)數(shù)X11=6(臺(tái)/條),配電變壓器平均容量X12=400(kVA/臺(tái)),配電變壓器平均負(fù)載率X13=58(%)。電纜型號(hào)為YJV-300,架空線路型號(hào)為L(zhǎng)GJ-185。
根據(jù)以上電網(wǎng)特性參數(shù),由可靠性技術(shù)人員在可靠性評(píng)估預(yù)測(cè)系統(tǒng)中的圖形建模平臺(tái)上繪制100條10kV主干線,6條電纜為單輻射接線,4條架空線為單輻射接線,72條電纜為手拉手接線,4條架空線為手拉手接線,4條混合線為手拉手接線,9條電纜為多聯(lián)絡(luò)接線,1條混合線為多聯(lián)絡(luò)接線,主干線長(zhǎng)度為3.5 km,50條線路分段開關(guān)數(shù)為2臺(tái),50條線路分段開關(guān)數(shù)為3臺(tái)(設(shè)分段數(shù)為2的線路數(shù)為a,分段數(shù)為3的線路數(shù)為b,則2×a+3×b=100×2.5,可得a=50,b=50),每條干線繪制一條分支線,分支線長(zhǎng)度1.7 km,電纜型號(hào)設(shè)為YJV-300,架空線路型號(hào)設(shè)為L(zhǎng)GJ-185。50%的干線路所帶配電變壓器13臺(tái),50%的干線路所帶配電變壓器14臺(tái),每條支線所帶配電變壓器參數(shù)6臺(tái),每臺(tái)配電變壓器容量為400 kVA,每臺(tái)配變所帶負(fù)荷為400×58%×0.95=220.4 MW,功率因數(shù)取0.95。
建模完成后,錄入設(shè)備故障基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和計(jì)劃停電數(shù)據(jù),即可算出模擬電網(wǎng)的可靠性。根據(jù)以上電網(wǎng)特性參數(shù),通過(guò)精確化的模糊建模,得出的可靠性指標(biāo)應(yīng)該與原電網(wǎng)可靠性指標(biāo)接近。需要注意的是:對(duì)于平均性質(zhì)的可靠性指標(biāo),如用戶平均停電次數(shù)AITC-1(次/戶)、用戶平均停電時(shí)間AIHC-1(小時(shí)/戶)、平均供電可用率指標(biāo)RS-1(%),這些指標(biāo)是接近的;但對(duì)于總量性質(zhì)的可靠性指標(biāo),如系統(tǒng)總的電量不足指標(biāo)ENSI(MWh/年)、系統(tǒng)總的停電損失LOSS(萬(wàn)元/年),這些應(yīng)該與兩個(gè)電網(wǎng)的總用戶數(shù)、總負(fù)荷數(shù)相關(guān),如果兩個(gè)電網(wǎng)負(fù)荷相差10倍,那么這兩項(xiàng)表示總量的指標(biāo)在同樣可靠性水平下也應(yīng)該相差約10倍。
從工作量上看,通常一個(gè)電網(wǎng)都有幾千上萬(wàn)條10 kV饋線,采用這種模擬電網(wǎng)的建模方式,其工作量可大約減少為原來(lái)的1/100。此外通過(guò)合理設(shè)計(jì)圖模一體化建模系統(tǒng),可大量減少線路的繪制和參數(shù)錄入工作量。隨著網(wǎng)局層面的可靠性電網(wǎng)模型庫(kù)的建立,這樣的建模工作量將會(huì)逐步減少,其累積效益也將會(huì)逐步體現(xiàn)。
4 結(jié)論
隨著終端用戶對(duì)電能質(zhì)量的要求越來(lái)越高以及供電部門對(duì)于供電可靠性的考核也愈發(fā)嚴(yán)格,提升配電網(wǎng)的安全運(yùn)行、供電可靠性具有重要的意義,同時(shí),配電網(wǎng)的可靠性預(yù)測(cè)技術(shù)和方法也備受關(guān)注。本文通過(guò)分析傳統(tǒng)可靠性預(yù)測(cè)算法的優(yōu)缺點(diǎn)著手,結(jié)合可靠性研究經(jīng)驗(yàn),開創(chuàng)性地提出一種可靠性模糊建模的精確化方法。詳細(xì)闡述了可靠性模糊建模的精確化方法以及實(shí)施方案和建模實(shí)例,在克服傳統(tǒng)可靠性預(yù)測(cè)方法缺點(diǎn)的基礎(chǔ)上,實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)可靠性高效率高精度預(yù)測(cè)。本文的精確化方法為配電網(wǎng)設(shè)計(jì)、改造、運(yùn)行和維護(hù)提供了詳細(xì)的參考,具有一定的實(shí)際意義。
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作者信息:
吳 燕,李 瑾,張 翀,林常真,杜志堅(jiān),侯 劍
(南寧供電局,廣西 南寧 530029)